EP0809336A1 - Gasgefüllter Überspannungsableiter mit äusserer Kurzschlusseinrichtung - Google Patents

Gasgefüllter Überspannungsableiter mit äusserer Kurzschlusseinrichtung Download PDF

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EP0809336A1
EP0809336A1 EP97250163A EP97250163A EP0809336A1 EP 0809336 A1 EP0809336 A1 EP 0809336A1 EP 97250163 A EP97250163 A EP 97250163A EP 97250163 A EP97250163 A EP 97250163A EP 0809336 A1 EP0809336 A1 EP 0809336A1
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EP
European Patent Office
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electrode
surge arrester
electrodes
spring clip
spacer
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EP97250163A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Bothe
Jörg Riedel
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/14—Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure

Definitions

  • the invention is in the field of electrical components and can be used in the structural design of a gas-filled surge arrester which is provided with an external short-circuit device.
  • Such short-circuit devices are common in both two-electrode and three-electrode surge arresters. They serve to protect the surge arrester during long-term loads;
  • Such a short-circuit device generally contains a structural element which can be melted at higher temperatures and by means of which the two electrodes or the central electrode and one or both end electrodes are short-circuited.
  • a spring contact and an arrester contact are arranged one behind the other electrically in parallel with the two electrodes, a spacer softening at elevated temperature being located between the two contacts.
  • This spacer consists of a glass fiber reinforced plastic which is dimensionally stable at normal operating temperature and softens at elevated temperature, for example made of polycarbonate (EP 0 548 587 A1).
  • a two-armed spring clip is attached centrally to the center electrode.
  • the two free ends of the arms of this spring clip lie isolated on the circumference of the electrodes.
  • the spring clip is also used to design parallel air spark gaps.
  • the ends of the two arms of the spring clip each an approximately 20 to 40 ⁇ m thick insulating layer made of, for example, polyurethane varnish (US Pat. No. 4,912,592 A).
  • the short-circuiting device also consists of a two-armed spring clip which extends in the axial direction, but which is curved like a roof.
  • the arms of the spring clip enclose an obtuse angle between them and their free ends lie against the end electrodes with the interposition of a fusible insulating layer.
  • the outermost ends of the two arms are slightly angled so that they run parallel to the axis of the surge arrester and consequently rest on the outer peripheral surface of the end electrodes (FR-A-2 625 377).
  • the two-arm spring clip is dimensioned such that its arms project axially beyond the free ends of the end electrodes and rest on the circumferential edge of the respective end electrode with the interposition of an insulating film (WO 94/22191).
  • the invention has for its object to design the short-circuit device so that it does not protrude axially from the surge arrester and still a safe Guaranteed contact.
  • the outer diameter of the other electrode is at least about 1 mm larger than the outer diameter of the insulator, so that the other electrode has a radially projecting edge over the insulator, and that The spring clip is stretched in an arcuate manner is that its other end is axially spaced from the edge of the other electrode by the spacer.
  • the outer diameter of the two end electrodes is at least about 1 mm larger than the outer diameter of the two insulators, so that the two end electrodes have a radially projecting edge beyond the insulator , and that the two arms of the spring clip are stretched in an arcuate manner such that their free ends are kept axially at a distance from the edge of the respective end electrode by the spacers.
  • the spring clip is not tensioned radially but axially as before, specifically against a special edge of the respective electrode.
  • the height of this edge is to be selected so that a secure fixation of the free end of the spring clip and a secure positioning of the spacer are ensured.
  • the free end of the spring clip can be angled; Such an angling also facilitates the arrangement and fixing of the spacer, which consists, for example, of a cylindrical, plate-like, cuboid or cube-shaped plastic part.
  • a space is expediently provided between the free end of the spring clip and the edge of the respective electrode, which holds the melting material of the spacer in the event of an overload and thereby enables direct contact between the spring clip and the electrode.
  • This space can be a recess in the edge region of the electrode, the volume of this recess should be greater than the volume of the fusible spacer.
  • this space can also be provided in the area of the spring clip, in which it is provided at its free, optionally angled end with two projections - for example beads - between which the spacer to be arranged and via which the short-circuit contact takes place in the event of an overload.
  • the surge arrester according to Figure 1 consists essentially of the two electrodes 1 and 2 and the hollow cylindrical insulator 3 and a one-armed spring clip 4, which is part of the short-circuit device.
  • the spring clip 4 is fixed with its one end 5 to the outer circumference of the electrode 1 in a materially bonded manner.
  • the free end 6 lies axially against an edge 21 of the electrode 2 with the interposition of an insulating, fusible spacer 7.
  • the outer diameter D of the electrode 2 is chosen to be approximately 1.5 mm larger than the outer diameter d of the insulator 3.
  • the electrode 1 is dimensioned the same as the electrode 2.
  • Figure 2 shows a three-electrode surge arrester, which consists essentially of the center electrode 11, the two end electrodes 12 and 13, the two ceramic insulators 14 and 15 and the two-armed spring clip 16 as part of the short-circuiting device.
  • the spring bracket 16 is fixed with its middle part to the center electrode 11, while the two free ends of the arms 17 and 18 are axially clamped against the edge of the electrodes 12 and 13.
  • the electrodes 12 and 13 with their outer diameter D are also approximately 1.5 mm larger than the outer diameter d of the insulators 14 and 15.
  • the free ends of the two arms 17 and 18 are arched axially against the respective edge of the end electrodes 12 and 13 with the interposition of an insulating spacer 19 or 20.
  • FIGS. 3 and 4 show sections of the enlarged view of the end of the arm 18 of the spring clip 16 according to FIG. 2, this end having an angled section 181 which according to FIG. 4 is provided with two bead-like projections 182.
  • the insulating spacer 19 is arranged in the form of a cuboid plastic part. Due to its dimensions, this cuboid plastic part keeps the bead-like projections 182 at a distance from the edge of the electrode 13. In the event of an overload, the spacer 19 melts without contaminating the contact points between the projections 182 and the edge 13, so that reliable contacting is ensured .
  • the angled end 181 'of the arm 18' of a spring clip is smooth.
  • a recess 132 is provided in the edge region 131 'of the electrode 13', in which the cuboid, insulating spacer 19 is arranged.
  • the melting material of the spacer 19 can be distributed in the recess 132 without soiling the resulting contact area between the angled section 181 'and the edge area of the electrode 13'.

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Abstract

Um bei einem gasgefüllten Überspannungsableiter, der in einem Modul oder auf einer Leiterplatte angeordnet wird, die äußere Kurzschlußeinrichtung axial möglichst kurz auszubilden, ist ein hierzu vorgesehener Federbügel mit seinem einen Ende an der einen Elektrode fixiert und mit seinem anderen Ende unter Zwischenlage eines schmelzbaren, isolierenden Abstandhalters bogenförmig gegen die andere Elektrode gespannt; die andere Elektrode weist hierzu einen radial über den Isolator hinausragenden Rand auf. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Bauelemente und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung eines gasgefüllten Überspannungsableiters anzuwenden, der mit einer außeren Kurzschlußeinrichtung versehen ist. Derartige Kurzschlußeinrichtungen sind sowohl bei Zwei-Elektroden- als auch bei Drei-Elektroden-Überspannungsableitern üblich. Sie dienen zum Schutz des Überspannungsableiters bei Langzeitbelastungen; eine solche Kurzschlußeinrichtung enthalt in aller Regel ein bei höheren Temperaturen schmelzbares Konstruktionselement, mit dessen Hilfe die beiden Elektroden bzw. die Mittelelektrode und eine oder beide Endelektroden kurzgeschlossen werden.
  • Bei einem bekannten Zwei-Elektrodenableiter dieser Art sind elektrisch parallel zu den beiden Elektroden ein Federkontakt und ein Ableiterkontakt hintereinander angeordnet, wobei sich zwischen den beiden Kontakten ein bei erhöhter Temperatur erweichender Abstandhalter befindet. Dieser Abstandhalter besteht aus einem bei normaler Betriebstemperatur dimensionsstabilen und bei erhöhter Temperatur erweichenden, glasfaserverstarkten Kunststoff, beispielsweise aus Polycarbonat (EP 0 548 587 A1).
  • Bei einem bekannten Drei-Elektroden-Ableiter mit äußerer Kurzschlußeinrichtung ist ein zweiarmiger Federbügel mittig an der Mittelelektrode befestigt. Die beiden freien Enden der Arme dieses Federbügels liegen isoliert am Umfang der Elektroden auf. Bei diesem Überspannungsableiter dient der Federbügel auch zur Gestaltung von parallel geschalteten Luftfunkenstrecken. Hierbei ist an den Enden der beiden Arme des Federbügels jeweils ein etwa 20 bis 40 µm dicke Isolierschicht aus beispielsweise Polyurethanlack aufgebracht (US 4 912 592 A).
  • Bei einem weiterhin bekannten Drei-Elektroden-Ableiter der genannten Art besteht die Kurzschlußeinrichtung ebenfalls aus einem sich in Achsrichtung erstreckenden, zweiarmigen Federbügel, der aber dachartig gewölbt ist. Die Arme des Federbügels schließen zwischen sich einen stumpfen Winkel ein und liegen mit ihren freien Enden unter Zwischenschaltung einer schmelzbaren Isolierschicht an den Endelektroden an. Die außersten Enden der beiden Arme sind leicht abgewinkelt, so daß diese parallel zur Achse des Überspannungsableiters verlaufen und folglich an der äußeren Umfangsfläche der Endelektroden anliegen (FR-A-2 625 377). - Bei einer Weiterentwicklung dieses Typs einer Kurzschlußeinrichtung ist der zweiarmige Federbügel so dimensioniert, daß seine Arme die freien Enden der Endelektroden axial überragen und unter Zwischenschaltung einer Isolierfolie auf der umlaufenden Kante der jeweiligen Endelektrode aufliegen (WO 94/22191).
  • Ausgehend von einem gasgefüllten Überspannungsableiter mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 bzw. des Oberbegriffes des Patentanspruches 2 (US 4 912 592 A) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Kurzschlußeinrichtung so auszubilden, daß sie den Überspannungsableiter axial nicht überragt und dennoch eine sichere Kontaktgabe gewahrleistet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Zwei-Elektroden-Überspannungsableiter vorgesehen, daß der Außendurchmesser der anderen Elektrode um wenigstens etwa 1 mm größer als der Außendurchmesser des Isolators ist, so daß die andere Elektrode einen radial über den Isolator hinausragenden Rand aufweist, und daß der Federbügel derart bogenförmig gespannt ist, daß sein anderes Ende durch den Abstandhalter vom Rand der anderen Elektrode axial auf Abstand gehalten wird. - Für einen Drei-Elektroden-Überspannungsableiter ist zur Lösung der genannten Aufgabe entsprechend vorgesehen, daß der Außendurchmesser der beiden Endelektroden um wenigstens etwa 1 mm größer als der Außendurchmesser der beiden Isolatoren ist, so daß die beiden Endelektroden einen radial über den Isolator hinausragenden Rand aufweisen, und daß die beiden Arme des Federbügels derart bogenförmig gespannt sind, daß ihre freien Enden von den Abstandhaltern jeweils vom Rand der jeweiligen Endelektrode axial auf Abstand gehalten werden.
  • Bei einer derartigen Ausgestaltung des Ableiters wird der Federbügel nicht wie bisher radial sondern axial gespannt, und zwar gegen einen speziellen Rand der jeweiligen Elektrode. Die Höhe dieses Randes ist so zu wählen, daß eine sichere Fixierung des freien Endes des Federbügels und eine sichere Positionierung des Abstandhalters gewahrleistet sind. Zum Zwekke der sicheren Positionierung kann das freie Ende des Federbügels abgewinkelt sein; eine solche Abwinkelung erleichtert auch die Anordnung und Fixierung des Abstandhalters, der beispielsweise aus einem zylindrischen, plättchen-, quader- oder würfelförmigen Kunststoffteil besteht. Zweckmäßig ist hierbei zwischen dem freien Ende des Federbügels und dem Rand der jeweiligen Elektrode ein Raum vorgesehen, der im Überlastfall das schmelzende Material des Abstandhalters aufnimmt und dadurch die direkte Kontaktgabe zwischen dem Federbügel und der Elektrode ermöglicht. Dieser Raum kann eine Ausnehmung im Randbereich der Elektrode sein, wobei das Volumen dieser Ausnehmung größer sein sollte als das Volumen des schmelzbaren Abstandhalters. Dieser Raum kann aber auch im Bereich des Federbügels vorgesehen sein, in dem dieser an seinem freien, gegebenenfalls abgewinkelten Ende mit zwei Vorsprüngen - beispielsweise Sicken - versehen ist, zwischen denen der Abstandhalter anzuordnen ist und über die im Überlastfall der Kurzschlußkontakt erfolgt.
  • Ausführungsbeispiele des neuen Überspannungsableiters sind in den Figuren 1 bis 5 dargestellt. Dabei zeigt
    • Figur 1
    einen Zwei-Elektroden-Ableiter mit einem einarmigen Federbügel als Kurzschlußeinrichtung,
    Figur 2
    einen Drei-Elektroden-Überspannungsableiter mit zweiarmigem Federbügel,
    Figuren 3 und 4
    ein erstes Beispiel für die Ausgestaltung des eigentlichen Kontaktbereiches der Kurzschlußeinrichtung und
    Figur 5
    ein zweites Beispiel für die Ausgestaltung des eigentlichen Kontaktbereiches.
  • Der Überspannungsableiter gemäß Figur 1 besteht im wesentlichen aus den beiden Elektroden 1 und 2 und dem hohlzylindrischen Isolator 3 sowie einem einarmigen Federbügel 4, der Teil der Kurzschlußeinrichtung ist. Der Federbügel 4 ist mit seinem einen Ende 5 am äußeren Umfang der Elektrode 1 stoffschlüssig fixiert. Das freie Ende 6 liegt unter Zwischenschaltung eines isolierenden, schmelzbaren Abstandhalters 7 axial an einem Rand 21 der Elektrode 2 an. Hierzu ist der Außendurchmesser D der Elektrode 2 um etwa 1,5 mm größer gewählt als der Außendurchmesser d des Isolators 3. - Aus Gründen der vereinfachten Herstellung ist die Elektrode 1 genauso dimensioniert wie die Elektrode 2.
  • Figur 2 zeigt einen Drei-Elektroden-Überspannungsableiter, der im wesentlichen aus der Mittelelektrode 11, den beiden Endelektroden 12 und 13, den beiden Keramikisolatoren 14 und 15 und dem zweiarmigen Federbügel 16 als Teil der Kurzschlußeinrichtung besteht. Der Federbügel 16 ist mit seinem mittleren Teil an der Mittelelektrode 11 stoffschlüssig fixiert, während die beiden freien Enden der Arme 17 und 18 axial gegen den Rand der Elektroden 12 und 13 gespannt sind. Hierzu sind die Elektroden 12 und 13 mit ihrem Außendurchmesser D ebenfalls etwa 1,5 mm größer ausgebildet als der Außendurchmesser d der Isolatoren 14 und 15.
  • Die freien Enden der beiden Arme 17 und 18 sind unter Zwischenschaltung eines isolierenden Abstandhalters 19 bzw. 20 bogenartig axial gegen den jeweiligen Rand der Endelektroden 12 und 13 gespannt.
  • Figuren 3 und 4 zeigen ausschnittsweise in vergrößerter Darstellung das Ende des Armes 18 des Federbügels 16 gemaß Figur 2, wobei dieses Ende einen abgewinkelten Abschnitt 181 aufweist, der gemäß Figur 4 mit zwei sickenartigen Vorsprüngen 182 versehen ist. Zwischen diesen Vorsprüngen ist der isolierende Abstandhalter 19 in Form eines quaderförmigen Kunststoffteiles angeordnet. Aufgrund seiner Dimensionierung hält dieses quaderförmige Kunststoffteil die sickenartigen Vorsprünge 182 auf Abstand zum Rand der Elektrode 13. Im Überlastfall schmilzt der Abstandhalter 19, ohne die sich dann ergebenden Kontaktstellen zwischen den Vorsprüngen 182 und dem Rand 13 zu verschmutzen, so daß eine sichere Kontaktgabe gewährleistet ist.
  • Gemäß Figur 5 ist das abgewinkelte Ende 181' des Armes 18' eines Federbügels glatt ausgebildet. Dagegen ist im Randbereich 131' der Elektrode 13' eine Ausnehmung 132 vorgesehen, in der der quaderförmige, isolierende Abstandhalter 19 angeordnet ist. Im Kurzschlußfall kann sich das schmelzende Material des Abstandhalters 19 in der Ausnehmung 132 verteilen, ohne den sich ergebenden Kontaktbereich zwischen dem abgewinkelten Abschnitt 181' und dem Randbereich der Elektrode 13' zu verschmutzen.

Claims (6)

  1. Gasgefüllter Überspannungsableiter mit zwei Elektroden und einem zwischen den beiden Elektroden angeordneten hohlzylindrischen Isolator und mit einer Überlastsicherung in Form einer äußeren Kurzschlußeinrichtung,
    bei dem die Kurzschlußeinrichtung aus einem elektrisch leitfähigen, in Achsrichtung des Überspannungsableiters verlaufenden Federbügel besteht, dessen eines Ende an der einen Elektrode fixiert ist und dessen anderes Ende unter Zwischenschaltung eines isolierenden, schmelzbaren Abstandhalters an der anderen Elektrode anliegt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Außendurchmesser (D) der anderen Elektrode (2) um wenigstens etwa 1 mm größer als der Außendurchmesser (d) des Isolators (3) ist, so daß die andere Elektrode (2) einen radial über den Isolator (3) hinausragenden Rand (21) aufweist,
    und daß der Federbügel (4) derart bogenartig gespannt ist, daß sein anderes Ende (6) durch den Abstandhalter vom Rand der anderen Elektrode (2) axial auf Abstand gehalten wird.
  2. Gasgefüllter Überspannungsableiter mit einer Mittelelektrode und zwei Endelektroden und mit zwei zwischen den Elektroden angeordneten hohlzylindrischen Isolatoren sowie mit einer Überlastsicherung in Form einer äußeren Kurzschlußeinrichtung,
    bei dem die Kurzschlußeinrichtung aus einem elektrisch leitfähigen, in Achsrichtung des Überspannungsableiters verlaufenden, zweiarmigen Federbügel besteht, dessen Mittelteil an der Mittelelektrode fixiert ist und dessen freie Enden der Arme unter Zwischenschaltung je eines isolierenden, schmelzbaren Abstandhalters an jeweils einer Endelektrode anliegen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Außendurchmesser (D) der Endelektroden (12,13) um wenigstens etwa 1 mm größer als der Außendurchmesser (d) jedes Isolators (14, 15) ist, so daß jede Endelektrode (12, 13) einen radial über den jeweiligen Isolator hinausragenden Rand (131) aufweist,
    und daß die beiden Arme (17, 18) des Federbügels (16) derart bogenartig gespannt sind, daß ihre freien Enden jeweils durch den Abstandhalter vom Rand (131) der jeweiligen Endelektrode (12, 13) axial auf Abstand gehalten werden.
  3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das andere Ende des Federbügels (4) bzw. die Enden der beiden Arme (18) des Federbügels (16) mit Sicken (182) zur Aufnahme und seitlichen Fixierung des jeweiligen Abstandhalters (19) versehen ist.
  4. Überspannungsableiter nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Volumen zwischen den Sicken (182) größer als das Volumen des schmelzbaren Abstandhalters (19) ist.
  5. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der überstehende Rand (131') der anderen Elektrode bzw. der beiden Endelektroden (13') mit einer Ausnehmung (132) zur Aufnahme und Positionierung des schmelzbaren Abstandhalters (19) versehen ist.
  6. Überspannungsableiter nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Volumen der Ausnehmung (132) größer als das Volumen des schmelzbaren Abstandhalters (19) ist.
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